加州理工學(xué)院 | 新的結(jié)果揭示了地球深處礦物質(zhì)的驚人行為
指南者留學(xué)
2023-01-12 11:08:37
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<p>當(dāng)你讀這篇文章的時(shí)候,在你下面400多英里的地方,是一個(gè)有著極端溫度和壓力的巨大世界,它在人類出現(xiàn)在這個(gè)星球上之前就已經(jīng)在攪動(dòng)和進(jìn)化了?,F(xiàn)在,加州理工學(xué)院的研究人員建立了一個(gè)詳細(xì)的新模型,說明了數(shù)百萬年來地球內(nèi)部深處礦物質(zhì)的驚人行為,并表明這些過程實(shí)際上是以與先前理論完全相反的方式發(fā)生的。</p>
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<p>這項(xiàng)研究是由一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的,其中包括礦物物理學(xué)教授詹妮弗·m·杰克遜。描述這項(xiàng)研究的論文發(fā)表在1月11日的《自然》雜志上。</p>
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<p>杰克遜說:“盡管這顆行星體積巨大,但更深層的部分經(jīng)常被忽視,因?yàn)樗鼈兇_實(shí)遙不可及——我們無法對(duì)它們進(jìn)行采樣。”“此外,這些過程非常緩慢,我們似乎察覺不到。但下地幔的流動(dòng)與它所接觸的一切都有聯(lián)系;這是一個(gè)影響板塊構(gòu)造的深層引擎,可能會(huì)控制火山活動(dòng)。”</p>
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<p>這顆行星的下地幔是堅(jiān)固的巖石,但在數(shù)億年的時(shí)間里,它慢慢地滲出,就像一塊厚厚的焦糖,在一種稱為對(duì)流的過程中將熱量帶到整個(gè)行星內(nèi)部。</p>
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<p>關(guān)于這種對(duì)流發(fā)生的機(jī)制,仍有許多問題沒有得到解答。地幔下部的極端溫度和壓力——高達(dá)135千帕斯卡和數(shù)千華氏度——使其難以在實(shí)驗(yàn)室中模擬。作為參考,下地幔的壓力幾乎是海洋最深處壓力的1000倍。因此,雖然許多關(guān)于礦物物理的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)提供了關(guān)于下地幔巖石行為的假設(shè),但在地質(zhì)時(shí)間尺度上驅(qū)動(dòng)下地幔對(duì)流緩慢流動(dòng)的過程一直不確定。</p>
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<p>下地幔主要由一種稱為橋石的硅酸鎂組成,但也包括少量但數(shù)量可觀的氧化鎂,稱為方鎂石,混合在橋石中,此外還有少量其他礦物質(zhì)。之前的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明,方鎂石比橋錳礦更弱,更容易變形,但這些實(shí)驗(yàn)沒有考慮到礦物在數(shù)百萬年的時(shí)間尺度上的表現(xiàn)。當(dāng)將這些時(shí)間尺度納入一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算模型時(shí),Jackson和同事們發(fā)現(xiàn)方鎂石的顆粒實(shí)際上比周圍的橋石更堅(jiān)固。</p>
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<p>杰克遜說:“我們可以用巖石記錄中的boudinage來類比,boudins在法語中是香腸的意思,它在不那么有能力、更弱的巖石之間的堅(jiān)硬、更強(qiáng)的巖層中發(fā)育。”</p>
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<p>杰克遜解釋說:“再打個(gè)比方,想想厚實(shí)的花生醬。“幾十年來,我們一直認(rèn)為方石是花生醬中的‘油’,是橋晶石較硬顆粒之間的潤(rùn)滑劑。根據(jù)這項(xiàng)新的研究,方石顆粒在厚實(shí)的花生醬中起著“堅(jiān)果”的作用。方石顆粒只是隨波而流,但不影響粘性行為,除非在顆粒高度集中的情況下。結(jié)果表明,在壓力作用下,方晶石的遷移速度比橋錳礦慢得多。這是一種反轉(zhuǎn)行為:方鎂石幾乎不變形,而主要相橋錳礦則控制地球深部地幔的變形。”</p>
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<p>了解這些發(fā)生在我們腳下的極端過程對(duì)于創(chuàng)建我們星球的精確四維模擬非常重要,它也有助于我們更多地了解其他行星。成千上萬的系外行星(太陽系外的行星)現(xiàn)在已經(jīng)被證實(shí),在極端條件下發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于礦物物理的知識(shí),讓我們對(duì)與我們截然不同的行星的演化有了新的見解。</p>
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<p>這篇論文的題目是“在地幔條件下,方鎂石的變形速度比橋錳礦慢。”這項(xiàng)研究的第一作者是Université de Lille和法國(guó)大學(xué)研究所的Patrick Cordier。其他合著者有Karine Gouriet, Timmo Weidner和Philippe Carrez的Université de Lille;凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的詹姆斯·范·奧爾曼;以及巴黎工藝藝術(shù)學(xué)院的Olivier Castelnau。研究經(jīng)費(fèi)由歐洲研究委員會(huì)和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供。</p>
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<p>注:本文由院校官方新聞直譯,僅供參考,不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p>
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